[发明专利]一种带针型翅片列管束的浆态鼓泡塔反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有针型翅片列管束的浆态鼓泡塔反应器，适用于化工生产过程的气液/气液固多相强放热/吸热反应过程。

背景技术

气液鼓泡塔或气液固三相鼓泡反应器(也称浆态床反应器)是一种在化工、能源、环境、生化等许多领域应用很广的反应装置，例如费托合成、加氢液化、羰基化、氧化、卤化、发酵、气体吸收等过程。浆态床反应器的设计与放大主要有两方面问题，一是移热，二是返混。对于反应器的移热问题，工业浆态床反应器多采用在反应器内安装垂直列管的方法来增强换热，但是，文献[1，2]中发现垂直列管束加入后，浆态床中的流速分布和气含率分布将变得更为陡峭，导致床内流体返混加剧，反应器性能降低。为此，专利[3，4]和文献[5，6]中提出了“阻尼内构件”的概念，提出在塔中心流速较高的区域设置一定密度的水平丝网，抑制塔中心区过高的流体速度，减少返混。上述措施虽然能够改善带列管的浆态床中的速度分布，但中心速度降低后也有可能使列管束的换热效率下降，而目前的办法是将筛网阻尼构件与列管换热元件进行简单组合，将阻尼功能与换热功能由不同的构件分别承担，筛网与列管两种构件之间缺乏协同增强作用，因此难以兼顾强化换热与调控流动两方面的功能。

另一方面，近年来在管一壳式换热器的研究中为了强化列管束的换热性能，提出了一种针型翅片换热列管技术，在换热管外壁安装密集的针型翅片，以提高换热面积和增强换热能力。在文献[7～10]和专利[11～13]中都详细介绍了此类技术在管壳换热器、锅炉、空调和制冷设备等方面的应用情况，以及相关的针翅管设计方法。但是，目前为止这种技术仅限于在均相流体的列管换热器中使用，未见其应用于浆态床反应器。浆态床反应器与普通列管换热器的情况有很大的不同，普通换热器中的流动是压力驱动的均相流体流动，换热管外翅片的增加一般都使换热系数单方向增大，不会使流速及其分布发生显著改变，除了增加一定的流动阻力和制造成本外，不会带来其它副作用。而鼓泡塔中的流动是气泡浮升驱动的多相流动，塔中心区域向上，近壁区向下，在换热列管上安装针翅将带来两方面相互矛盾的效应：一方面增加了列管换热面积，有利于提高换热效率，一方面又会降低塔中的流速，降低列管换热系数。因此，作为一种新型的反应器，在浆态床中采用针型翅片列管换热需要兼顾流动调控与换热强化两方面的效应，求得最佳总体效果，而目前文献与专利中还没有这方面的研究与技术报道。

参考文献与专利

[1]Bememann K.，Zur Fluiddynamik und zum Vermischungsverhalten derFluessigen Phase in Blasensaeulen mit Laengsangestroemten Rohrbuendeln.1989，Dissertation，University Dortmund.

[2]Larachi F，Desvigne D，Donnat L，Schweich D，Simulating the effects of liquidcirculation in bubble columns with internals，Chemical Engineering Science，2006，61：4195-4206.

[3]李希，陈斌，王丽雅，王丽军，成有为，带有阻尼内构件的鼓泡塔反应器，发明专利CN200510061602.9。

[4]带换热列管和网格型阻尼内构件的浆态鼓泡塔反应器，申请号200810162467

[5]陈斌，王丽雅，李希。带阻尼内构件鼓泡塔的研究(I)：内构件对流速分布的影响。化学反应工程与工艺，2006，22(4)：317-323.

[6]王丽军，王丽雅，张煜，周青钠，李希，带阻尼内构件鼓泡塔的研究(II)：内构件对气液传质速率的影响，化学反应工程与工艺，2007，23(4)：109～113

[7]钱颂文，岑汉钊，江楠，马小明，方江敏，换热器管束流体力学与传热，中国石化出版社，2002年，北京。

[8]朱冬生，钱颂文，强化传热技术及其技术应用，化工装备技术，2000，21(6)：1-9.

[9]方江敏，马小明，李华，钱颂文，Sunrod针翅管的优化与强化传热性能研究，石油化工设备，2002，31(4)：10-13.

[10]A.Aziz，Kraus，D.Allan，Extended surface heat transfer，John Wiley，2001，NewYork.